1、蛋白質(zhì)的生物合成基因表達(dá)： 親代的遺傳信息在與“環(huán)境相互作用過程中閱歷了DNA轉(zhuǎn)錄反轉(zhuǎn)錄RNA翻譯蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)生物學(xué)作用復(fù)制復(fù)制第十三章蛋白質(zhì)的生物合成第十三章蛋白質(zhì)的生物合成 參與蛋白質(zhì)合成的因子 蛋白質(zhì)的合成過程有300多種生物分子參與蛋白質(zhì)多肽合成，可概括如下： 模板： mRNA DNA分子上基因決議 場所： 核糖體rRNA和蛋白質(zhì)復(fù)合體 運(yùn)載工具： tRNA 氨基酸的載體，接合器 原料： 氨基酸各種蛋白因子： IF EF R 能量： ATP、 GTP一、與蛋白質(zhì)合成有關(guān)的因子、三聯(lián)體密碼和密碼表密碼子： mRNA分子中，從到的方向，每3個(gè)核苷酸決議一個(gè)氨基酸，這3個(gè)相鄰的核苷酸堿基叫一

2、個(gè)三聯(lián)體密碼，簡稱密碼子。 5-末端 堿基中 間 堿 基3末端堿基UCAG U苯丙氨酸苯丙氨酸亮氨酸亮氨酸絲氨酸絲氨酸絲氨酸絲氨酸酪氨酸酪氨酸終止終止半胱氨酸半胱氨酸終止色氨酸UCAG C亮氨酸亮氨酸亮氨酸亮氨酸脯氨酸脯氨酸脯氨酸脯氨酸組氨酸組氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺精氨酸精氨酸精氨酸精氨酸UCAG A異亮氨酸異亮氨酸異亮氨酸甲硫氨酸、起始甲酰甲硫氨酸蘇氨酸蘇氨酸蘇氨酸蘇氨酸天冬酰胺天冬酰胺賴氨酸賴氨酸絲氨酸絲氨酸精氨酸精氨酸UCAG G纈氨酸纈氨酸纈氨酸纈氨酸丙氨酸丙氨酸丙氨酸丙氨酸天冬氨酸天冬氨酸谷氨酸谷氨酸甘氨酸甘氨酸甘氨酸甘氨酸UCAG 2密碼閱讀方向是從，密碼閱讀時(shí)無任何標(biāo)點(diǎn)符號，也就是

3、說，相鄰密碼子之間無任何核苷酸加以分隔。因此，正確翻譯密碼必需從正確起始點(diǎn)開場。 2、遺傳密碼的特點(diǎn) 164種密碼子中有61種為氨基酸編碼，其中AUG不僅是Met的密碼子，而且也是起始密碼子；另外，有三個(gè)密碼子UAA UAG UGA不為氨基酸編碼，是終止密碼子。兼并性兼并性除除et、Trp外，大多數(shù)氨基酸都有多個(gè)密碼外，大多數(shù)氨基酸都有多個(gè)密碼子個(gè)。子個(gè)。密碼的兼并性：對于一種氨基酸有兩個(gè)或兩密碼的兼并性：對于一種氨基酸有兩個(gè)或兩個(gè)以上的密碼子的景象。個(gè)以上的密碼子的景象。同義密碼子：為同一氨基酸編碼的不同密碼同義密碼子：為同一氨基酸編碼的不同密碼子稱為同義密碼子。子稱為同義密碼子。 變偶性變

4、偶性 密碼的兼并性主要涉及到第三位堿基的變化，密碼的兼并性主要涉及到第三位堿基的變化，由前兩個(gè)核苷酸起決議氨基酸的主要作用，第三由前兩個(gè)核苷酸起決議氨基酸的主要作用，第三個(gè)可以在一定范圍內(nèi)變化。個(gè)可以在一定范圍內(nèi)變化。1966年，Crick根據(jù)立體化學(xué)原理提出了： “變偶假說搖擺假說：密碼子與反密碼子配對時(shí)，前面兩個(gè)堿基嚴(yán)厲遵守堿基互補(bǔ)配對原那么A/U ; G/C)，第三個(gè)堿基配對時(shí)允許有一定自在度，叫變偶假說。專注性主要決議于第一、二堿基。自在度限制：tRNA反密碼子第一位：A、C只能識別一種U、GG、U可以識別兩種C、UA、G I識別U、C、A通用性通用性近于完全通用。近于完全通用。哺乳動

5、物線粒體中，哺乳動物線粒體中，UGA不是終止密碼子，而是色氨不是終止密碼子，而是色氨酸的密碼；酸的密碼；AUA是甲硫氨酸的密碼，而不是異亮氨酸是甲硫氨酸的密碼，而不是異亮氨酸的密碼，的密碼，CUA是亮氨酸的密碼，線粒體中卻是蘇氨酸是亮氨酸的密碼，線粒體中卻是蘇氨酸的密碼。的密碼。二核糖體核糖體是細(xì)胞質(zhì)中球狀顆粒，游離存在或結(jié)合在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上。、核糖體是蛋白質(zhì)合成的部位、核糖體的組成 含有60% rRNA和40%蛋白質(zhì) 原核生物核糖體：18nm、70s、2.8 106 2 真核生物核糖體：20-22nm、 80s、 4.01063、核糖體的構(gòu)造 組成核糖體的各種 rRNA和蛋白質(zhì)巧妙的結(jié)合在一同，組

6、裝成具有一定空間構(gòu)象的復(fù)合體。核糖體構(gòu)造表示圖GTP酶位點(diǎn)轉(zhuǎn)肽酶位點(diǎn)mRNAmRNA位點(diǎn)氨酰基部位位點(diǎn)肽酰基部位P位點(diǎn)大亞基小亞基4、核糖體的功能 管理、參與、挑選、控制合成蛋白質(zhì)的各組分。核糖體上進(jìn)展肽鏈合成的啟始、延伸、終止、釋放過程。5、多核糖體采用溫暖條件小心的從細(xì)胞中分別核糖體時(shí)，可以得到一個(gè) mRNA上有多個(gè)核糖體成串存在，稱為多核糖體。多核糖體上，兩個(gè)核糖體間有40Nt的間隔，為裸露的mRNA。三tRNA天然氨基酸都有本人特定的tRNA，而且一種可以有數(shù)種tRNA ，所以 tRNA的種類有數(shù)十種。*例如：Met 在起使部位的，由 tRNAi攜帶fMet假設(shè)在肽鏈中間部位，那么由

7、tRNA攜帶Met 注 tRNAfMet 的 端有能被起始因子識別的序列功能在ATP供能和酶作用下tRNA可以分別與特定的氨基酸結(jié)合。第二套密碼系統(tǒng)經(jīng)過密碼子和反密碼子堿基互補(bǔ)配對的原那么結(jié)合到核糖體上。接合器作用、tRNA的活性部位氨基酸接受位點(diǎn)反密碼子位點(diǎn)識別氨酰tRNA合成酶位點(diǎn)核糖體識別位點(diǎn)、第二套密碼系統(tǒng)、第二套密碼系統(tǒng) mRNA分子上的遺傳密碼稱為第一套密碼系統(tǒng)。分子上的遺傳密碼稱為第一套密碼系統(tǒng)。1988 年以來，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)年以來，陸續(xù)發(fā)現(xiàn) tRNA分子上某個(gè)堿基分子上某個(gè)堿基或某些堿基對能決議或某些堿基對能決議 tRNA攜帶氨基酸的特異性。攜帶氨基酸的特異性。例如，例如，Alat

8、RNA氨基酸接受臂中的氨基酸接受臂中的GU70堿基對識別堿基對識別Ala 。假設(shè)這一堿基對被其它堿。假設(shè)這一堿基對被其它堿基對取代，那么基對取代，那么tRNA不能攜帶不能攜帶Ala。假設(shè)把。假設(shè)把GU70這一堿基對引入這一堿基對引入Cys-tRNA分子中，那么這一分子中，那么這一tRNA攜帶攜帶Ala。二、蛋白質(zhì)合成的過程分子機(jī)制 氨基酸的活化 肽鏈合成的起始 肽鏈的延伸 肽鏈合成的終止和釋放 肽鏈的折疊和加工處置蛋白質(zhì)合成過程可劃分為五個(gè)階段：下面以原核生物 Ecoli為例，講述蛋白質(zhì)合成機(jī)制。一氨基酸的激活、進(jìn)展部位：細(xì)胞質(zhì)、參與要素及作用各種氨基酸原料tRNA 運(yùn)輸ATP 供能Mg2+

9、酶的激活劑氨酰tRNA 合成酶特異的活化酶體系每一種氨基酸都有特異的活化酶，而且有的不止一種。特點(diǎn)：特異性高兩次特異性選擇識別氨基酸：每種氨基酸都有各自的酶識別tRNA：保證攜帶氨基酸與反密碼子相符、反響過程分兩步完成 O 激活反響HNCHCOH + ATP E H2NCHC AMP E +PPi R O O H2NCH C AMP E + tRNA E H2NCHC tRNA +AMP 轉(zhuǎn)移反響 R R總反響： ATP AMP+PPi OHNCHCOOH + tRNA H2NCHC tRNA R 氨酰tRNA合成酶 R反響的平衡常數(shù)是，自在能降低很少，能量在氨酰tRNA中。二肽鏈合成的起始參

10、與要素：30s小亞基、50s大亞基、 mRNA含起始密碼子AUG、 fMettRNA、IF_1、IF_2、IF_3起始因子及GTP、 Mg2+ 反響分三步：mRNA 小亞基 IF-3AUGMg2+SD序列：序列：mRNA起始起始密碼子上游密碼子上游10區(qū)的一區(qū)的一段富含嘌呤的，可以與段富含嘌呤的，可以與小亞基小亞基16SrRNA3末末端的序列互補(bǔ)，使端的序列互補(bǔ)，使mRNA與小亞基結(jié)合的與小亞基結(jié)合的序列，最初是由序列，最初是由Shine-Dalgaino發(fā)現(xiàn)的，所以發(fā)現(xiàn)的，所以稱稱SD序列。序列。1.30S.mRNA.IF-3復(fù)合物的構(gòu)成：2、再與結(jié)合態(tài)的GTP-fMettRNA-IF-2結(jié)

11、合 IF-1GTP-IF-2-fMet- UACGTP-IF-2-fMet-UACAUG3、與50s大亞基結(jié)合GTP GDP+Pi IF-2,IF-3,分開復(fù)合體構(gòu)成具有啟始功能的起始復(fù)合體70sfMet tRNA占據(jù)P位點(diǎn)空著A位點(diǎn)GTP-IF-2-fMet- UAC AUG大亞基 fMet- UAC AUGAGDP+PiIF-2 + IF-3AIF-1小結(jié): 氨基酸的激活是指氨基酸與其tRNA結(jié)合構(gòu)成氨酰 tRNA ATP供能 肽鏈合成的起始就是構(gòu)成具有起始功能的核糖體(起始復(fù)合物)GTP供能共分三步完成。 、產(chǎn)生30s-mRNA-IF_3復(fù)合物 2、 30s-mRNA-IF_3復(fù)合物再與

12、結(jié)合態(tài)的GTP-fMettRNA-IF-2結(jié)合 3、與50s大亞基結(jié)合GTP GDP+Pi, IF-2、IF-3分開復(fù)合體構(gòu)成具 有生物活性的起始復(fù)合體70s 真核生物細(xì)胞中肽鏈的起始要復(fù)雜些，有獨(dú)特的起始tRNAi,需求為數(shù)眾多的起始因子至少9個(gè)，除GTP外還需ATP，起始氨基酸Met。三肽鏈的延伸 肽鏈的延伸分四步進(jìn)展： 1、進(jìn)位 2、轉(zhuǎn)肽 3、零落 4、移位 70s核糖體參與要素 mRNA的密碼子延續(xù)出現(xiàn)各種氨酰- tRNA, 延伸因子EFTu、EFTs、EFG) 真核延伸因子是T1、T2 GTP和 Mg2+ fMet- UAC AUGA1、進(jìn)位 下一個(gè)氨酰- tRNA結(jié)合到70s核糖體

13、的A位點(diǎn)上。 fMet- UAC AUGAAAOOOXXXAAOOOTuGTPTuTsTu -GTPOOO AAPiGTPGDP-GDP新進(jìn)入的氨酰- tRNA上的反密碼子必需與A位點(diǎn)上mRNA的密碼子互補(bǔ)。這一過程需求延伸因子Tu、Ts參與，耗費(fèi)一分子GTP、轉(zhuǎn)肽構(gòu)成肽鍵。在50s亞基轉(zhuǎn)肽酶肽酰基轉(zhuǎn)移酶催化下， fMet脫離fMettRNA其羧基和新進(jìn)入位點(diǎn)的氨酰- tRNA攜帶的第二個(gè)氨基酸的氨基構(gòu)成肽鍵。需求較高濃度的K+位點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)二肽 tRNA HC=O NH CH3-S-C2H4CH C=O P O NH2 R2CH C=OA O肽基轉(zhuǎn)移酶fMettRNA氨酰- tRNA H C=

14、O NHCH3-S-C2H4CH C=O NH R2CH C=O OOH空載的tRNAfMet二肽tRNA23、零落 轉(zhuǎn)肽后，P位點(diǎn)成為無負(fù)載的tRNAfMet, 從核糖體上掉下來。 HO二肽二肽、移位70s核糖體沿著mRNA挪動一個(gè)密碼子的間隔。攜帶肽基的tRNA從位點(diǎn)移到位點(diǎn)。這一過程由移位酶參與，需求GTP供能和EFTu、EFTs協(xié)助。結(jié)果下一個(gè)密碼子進(jìn)入位點(diǎn)，預(yù)備接受第3個(gè)氨酰- tRNA的進(jìn)入。二肽二肽A _GTP _GDP+PiGG以后，肽鏈上每添加一個(gè)氨基酸殘基，就按照： 進(jìn)位新的氨酰-tRNA進(jìn)入A位點(diǎn) 轉(zhuǎn)肽構(gòu)成新的肽鍵 零落轉(zhuǎn)肽后，P位點(diǎn)空載tRNA零落 移位核糖體挪動一個(gè)密

15、碼單位這四個(gè)步驟反復(fù)，直到肽鏈增長到必需的長度肽鏈延伸方向是N C，每添加一個(gè)氨基酸殘基耗費(fèi)2個(gè)高能磷酸鍵，肽鏈延伸的速度是20個(gè)氨基酸殘基/秒，延伸一個(gè)氨基酸需0.05秒。四肽鏈合成的終止和釋放 70s核糖體參與要素 mRNA的終止密碼子UAA、UAG、UGA 釋放因子R1、R2、R3、RR真核生物釋放因子 GTP和 Mg2+ 只需一個(gè) 肽鏈合成的終止階段包括兩個(gè)步驟： 1、在mRNA上識別終止密碼子。 2、水解合成的肽鏈與tRNA間的酯鍵，釋放出新生的蛋白質(zhì)多肽。 1、在mRNA上識別終止密碼子。 終止密碼： UAA、UAG、UGA 當(dāng)mRNA上出現(xiàn)終止密碼子時(shí)終止釋放因子R1識別UAA、

16、UAG R2識別UAA 、UGA 這一識別過程是R1、R2結(jié)合到出現(xiàn)終止密碼子的A位點(diǎn)。fMetUAAfMetUAAR1/R2R1/R22、水解合成的肽鏈與tRNA間的酯鍵釋放出新生的蛋白質(zhì)。 R1或R2結(jié)合到A位點(diǎn)后，具有在P位點(diǎn)上把轉(zhuǎn)肽酶作用轉(zhuǎn)變成水解酶的活性，使tRNA 攜帶的多肽鏈與tRNA間的酯鍵水解，釋放出新生的多肽。 R3影響多肽鏈釋放速度。 肽鏈水解后，無負(fù)載的tRNA隨即零落，一旦它零落，70s核糖體也與mRNA分開，并解離成30s和50s亞基。fMetUAAR1/R2UAAR1/R2fMetH2O R3RRR1/R2R330s 50s(五)肽鏈合成后的加工處置-轉(zhuǎn)移后加工

17、由mRNA翻出的最初的多肽鏈還不具有生物活性，需求經(jīng)過假設(shè)干加工、修飾過程，轉(zhuǎn)變成有生物活性的蛋白質(zhì)。back主要包括：1、N端fMet脫甲酰基，氨肽酶切除一個(gè)或多個(gè)氨基酸真核生物也要切除Met2、構(gòu)成二硫鍵產(chǎn)生胱氨酸，由專注的酶氧化半胱氨酸。、切除一段肽鏈，或幾個(gè)氨基酸殘基，使蛋白質(zhì)活化例如：切除信號肽、酶原的激活、激素原的激活信號肽：蛋白質(zhì)合成時(shí)，在信號肽：蛋白質(zhì)合成時(shí)，在N末端額外生成的末端額外生成的1530個(gè)氨基酸個(gè)氨基酸組成的信號序列，用以引導(dǎo)合成的蛋白質(zhì)前往細(xì)胞的固定的部組成的信號序列，用以引導(dǎo)合成的蛋白質(zhì)前往細(xì)胞的固定的部位。位。、多肽鏈與輔基輔酶結(jié)合。構(gòu)成結(jié)合蛋白亞基締合構(gòu)成絡(luò)合物。糖基化、肽鏈中氨基酸的修飾。磷酸化、羥化、甲基化、新生多肽鏈折疊成有活性的構(gòu)象。需輔助蛋白參與分子伴侶分子伴侶；生物體內(nèi)蛋白質(zhì)多肽鏈的準(zhǔn)確折疊和組裝過程需求某些輔助蛋白質(zhì)參與，這種輔助蛋白質(zhì)稱為分子伴侶或臨監(jiān)護(hù)蛋白。三、真